ELFローダーを実装（とりあえず先頭のauipc, addi,sub,...は実行してた）

kamiyaowl · May 1, 2019 · 6bfd7dd · 6bfd7dd
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diff --git a/.vscode/settings.json b/.vscode/settings.json
@@ -4,6 +4,8 @@
         "functional": "cpp",
         "tuple": "cpp",
         "map": "cpp",
-        "ios": "cpp"
+        "ios": "cpp",
+        "iosfwd": "cpp",
+        "vector": "cpp"
     }
 }
diff --git a/rv32i-sample-src/docker-compose.yml b/rv32i-sample-src/docker-compose.yml
@@ -28,8 +28,10 @@ services:
     volumes: 
       - ./:/work
     command: >
-      riscv32-unknown-elf-readelf
-      -h
+      riscv32-unknown-elf-objdump
+      -x
+      -l
+      --prefix-addresses
       /work/hello.o
     depends_on: 
       - riscv-compile
diff --git a/src/Cpu.h b/src/Cpu.h
@@ -21,14 +21,16 @@ namespace sim {
                     alu.reset();
                 }
                 void load_program(const std::string& elf_path){
-                    elf::load(elf_path, [&](uint32_t addr, uint32_t data){
-                        mem.write(addr, data);
+                    uint32_t entryAddr = elf::load32(elf_path, [&](uint32_t addr, uint8_t data){
+                        mem.write_byte(addr, data);
                     });
+                    printf("[CPU] entryAddr:%08x\n", entryAddr);
+                    reg.write_pc(entryAddr);
                 }
                 void step() {
                     auto pc = reg.read_pc();
                     auto inst = mem.read(pc);
-                    printf("[DEBUG] pc:%d\tinst:%08x\n", pc, inst);
+                    printf("[CPU] pc:%d\tinst:%08x\n", pc, inst);
                     alu.run(reg, mem, inst);
                 }
                 void run(){

diff --git a/src/ElfLoader.h b/src/ElfLoader.h
@@ -4,6 +4,7 @@
 #include <string>
 #include <functional>
 #include <fstream>
+#include <stdio.h>
 
 // elf.hから一部引用
 typedef uint32_t	Elf32_Addr;
@@ -26,14 +27,15 @@ typedef int64_t	    Elf64_Sxword;
 using namespace std;
 namespace sim {
     namespace elf {
+        // https://codedocs.xyz/scarv/riscv-gnu-toolchain/linux_2elf_8h_source.html
         typedef struct elf32_hdr{
             unsigned char e_ident[EI_NIDENT];
             Elf32_Half    e_type;
             Elf32_Half    e_machine;
             Elf32_Word    e_version;
             Elf32_Addr    e_entry;  /* Entry point */
-            Elf32_Off e_phoff;
-            Elf32_Off e_shoff;
+            Elf32_Off     e_phoff;
+            Elf32_Off     e_shoff;
             Elf32_Word    e_flags;
             Elf32_Half    e_ehsize;
             Elf32_Half    e_phentsize;
@@ -42,10 +44,32 @@ namespace sim {
             Elf32_Half    e_shnum;
             Elf32_Half    e_shstrndx;
         } Elf32_Ehdr;
+        typedef struct elf32_phdr{
+            Elf32_Word    p_type;
+            Elf32_Off     p_offset;
+            Elf32_Addr    p_vaddr;
+            Elf32_Addr    p_paddr;
+            Elf32_Word    p_filesz;
+            Elf32_Word    p_memsz;
+            Elf32_Word    p_flags;
+            Elf32_Word    p_align;
+        } Elf32_Phdr;
+        typedef struct elf32_shdr {
+            Elf32_Word    sh_name;
+            Elf32_Word    sh_type;
+            Elf32_Word    sh_flags;
+            Elf32_Addr    sh_addr;
+            Elf32_Off     sh_offset;
+            Elf32_Word    sh_size;
+            Elf32_Word    sh_link;
+            Elf32_Word    sh_info;
+            Elf32_Word    sh_addralign;
+            Elf32_Word    sh_entsize;
+        } Elf32_Shdr;
 
         // Thanks: http://blue-9.hatenadiary.com/entry/2017/03/14/212929
         // Specs:  https://github.com/riscv/riscv-elf-psabi-doc/blob/master/riscv-elf.md
-        void load(const std::string& elf_path, std::function<void(uint32_t addr, uint32_t data)> write) {
+        uint32_t load32(const std::string& elf_path, std::function<void(uint32_t addr, uint32_t data)> write) {
             std::ifstream ifs(elf_path, ifstream::in | ifstream::binary);
             assert(ifs);
 
@@ -73,12 +97,46 @@ namespace sim {
             assert(hdr.e_type == 2); // ET_EXEC
             assert(hdr.e_machine == 243); // EM_RISCV (243) for RISC-V ELF files. We only support RISC-V v2 family ISAs, this support is implicit.
             assert(hdr.e_entry > 0); // 実行可能な場合、エントリポイントの仮想アドレス。今回は実行ファイルのみサポート
+            assert(hdr.e_phnum > 0); // Program Headerは存在するはず
 
-            // TODO:ph Program Headerのp_type=1(LOAD)をメモリ上に展開
-
-
+            // Program Headerをみてメモリ上に展開
+            for(int i = 0 ; i < hdr.e_phnum ; ++i) {
+                Elf32_Phdr phdr = {};
+                ifs.read((char*)(&phdr.p_type),   sizeof(phdr.p_type));
+                ifs.read((char*)(&phdr.p_offset), sizeof(phdr.p_offset));
+                ifs.read((char*)(&phdr.p_vaddr),  sizeof(phdr.p_vaddr));
+                ifs.read((char*)(&phdr.p_paddr),  sizeof(phdr.p_paddr));
+                ifs.read((char*)(&phdr.p_filesz), sizeof(phdr.p_filesz));
+                ifs.read((char*)(&phdr.p_memsz),  sizeof(phdr.p_memsz));
+                ifs.read((char*)(&phdr.p_flags),  sizeof(phdr.p_flags));
+                ifs.read((char*)(&phdr.p_align),  sizeof(phdr.p_align));
+                // とりあえず PT_LOAD(1)だけ考えとく
+                if (phdr.p_type == 1) {
+                    printf("[ElfLoader][LOAD] off:%08x vaddr:%08x paddr:%08x\n", phdr.p_offset, phdr.p_vaddr, phdr.p_paddr);
+                    // p_offset : セグメント先頭へのファイル先頭からのオフセット
+                    // p_vaddr  : メモリ上の仮想アドレス
+                    // p_paddr  : 物理アドレスとして予約されている→使わない
+                    // p_filesz : セグメントのファイルイメージのバイト数
+                    // p_memsz  : 仮想メモリイメージでのバイト数→filesz使うので不問
+                    // p_flags  : x/w/rフラグ→今回は無視
+                    // p_align  : セグメントのアライン
+                    assert(phdr.p_align > 0);
+                    // ifstreamの現在位置を保存しておく
+                    auto current = ifs.tellg();
+                    ifs.seekg(phdr.p_offset, std::ifstream::beg);
+                    // Callbackの実装がしょぼいのでがんばって1byteずつ読むよ...
+                    for(int i = 0 ; i < phdr.p_filesz ; ++i) {
+                        char buf;
+                        ifs.read(&buf, 1);
+                        write(phdr.p_vaddr + i, static_cast<uint8_t>(buf));
+                    }
+                    ifs.seekg(current, std::ifstream::beg);
+                }
+            }
             // おわり
             ifs.close();
+            // EntryPointを返す
+            return hdr.e_entry;
         }
     }
 }
diff --git a/src/Reg.h b/src/Reg.h
@@ -53,7 +53,7 @@ namespace sim {
                 this->pc = data;
             }
             void incr_pc() {
-                this->pc++;
+                this->pc += (XLEN / 8);
             }
     };
 };